Головной мозг

Головной мозг - передний отдел центральной нервной системы позвоночных животных и человека. Он находится в мозговом отделе черепа, который защищает его от механических повреждений. Снаружи мозг покрыт тремя мозговыми оболочками. Масса мозга у взрослого человека обычно составляет около 1400—1600 г. От головного мозга отходят 12 пар нервов

Белое вещество образует проводящие пути. Они связывают головной мозг со спинным, а также части головного мозга между собой.

Серое вещество в виде отдельных скоплений – ядер - располагается внутри белого вещества. Серое вещество образует кору головного мозга, на поверхности головного мозга. От скоплений серого вещества разных отделов головного мозга отходит 12 пар черепно-мозговых нервов.

Нейровизуализа́ция — общее название нескольких методов, позволяющих визуализировать структуру, функции и биохимические характеристики мозга.

Общим для методов нейровизуализации является получение изображения мозговых структур, представленных в виде его срезов. К нейровизуализационным методам относятся :

• Компьютерная томография головы
• Диффузная оптическая томография
• Оптические сигналы, модифицированные посредством события
• Магнитно-резонансная томография
• Функциональная магнитно-резонансная томография
• Магнитоэнцефалография
• Позитронно-эмиссионная томография
• Однофотонная эмиссионная компьютерная томография

Компьютерная  томография головы

Компьютерная томография (КТ) или компьютерная аксиальная томография (КАТ) использует серии рентгеновских  лучей, направленных на голову, с большого количества разных направлений.  
Обычно её используют для быстрой визуализации ЧМТ. При КТ используют компьютерную программу, что осуществляет цифровые интегральные вычисления (инверсию преобразования Радона) измеряемой серии рентгеновских лучей. Она вычисляет, насколько эти лучи абсорбируются объёмом головного мозга. Обычно информация представлена в виде срезов мозга. 
Первой среди других методов нейровизуализации и явилась фактически основой для их развития.

Диффузная оптическая томография

Диффузная оптическая томография (англ.)русск. (ДОТ) — способ медицинской визуализации, использующий инфракрасное излучение для изображения тела человека.  
Технология измеряет оптическую абсорбцию гемоглобина и опирается на его спектр поглощения в зависимости от насыщения кислородом.

Оптические сигналы, модифицированные посредством события

Оптический сигнал, модифицированный посредством события (англ.)русск. — нейровизуализационная технология, использующая инфракрасное излучение, которое пропускают через оптические волокна и измеряющая разницу в оптических свойствах активных участков коры головного мозга.  
Преимущество этого метода основано на исследовании отдельных нейронов, то есть проводит непосредственное измерение клеточной активности. Технология оптического сигнала, модифицированного посредством события, может высокоточно идентифицировать активность мозга с разрешением до миллиметров (в пространственном отношении) и на протяжении миллисекунд. Наибольшим недостатком технологии является невозможность идентифицировать активность нейронов более чем несколько сантиметров в глубину. Это новая, относительно недорогая технология, неинвазивная для пациента. Она разработана Иллинойским университетом в Урбана-Шампейн, где её теперь используют в Когнитивной нейровизуализационной лаборатории доктора Габриэля Граттон и доктора Моники Фабиани.

Магнитно-резонансная  томография

МРТ использует магнитные поля и радиоволны для визуализации 2-мерных и 3-мерных изображений структур головного мозга без использования ионизирующего излучения (радиации) или радиоактивных маркеров.  
Магнитно-резонансная томография (МРТ) головного мозга - это современный информативный метод диагностики, позволяющий получить результаты исследования с высокой точностью и полнотой картины. При этом процедура занимает совсем немного времени и безвредна. 
Для эффективного проведения МРТ головного мозга больницы используют новейшее оборудование и специальный набор программ, которые дают возможность определить конкретную патологию с высокой степенью чувствительности.  
При этом такой вид исследования может проводиться в нескольких режимах: в частности, выполняется МРТ сосудов головного мозга, МРТ гипофиза, МРТ орбит и структуры глазного яблока, МРТ черепных нервов и другие варианты диагностики. Более точные рекомендации дает врач-специалист, направляющий на исследование, в зависимости от индивидуальных особенностей пациента и истории болезни.

Функциональная  магнитно-резонансная томография

ФМРТ основана на парамагнитных свойствах оксигенированого и дезоксигенированого гемоглобина и дает возможность увидеть изменения кровообращения головного мозга в зависимости от его активности. Такие изображения показывают, какие участки мозга активированы (и каким образом) при исполнении определённых заданий.

Большинство ФМРТ томографов дают возможность представлять исследуемому разные визуальные изображения, звуковые и тактильные стимулы и производить действия типа нажатия кнопки или движения джойстиком. Следовательно, ФМРТ можно использовать, чтобы показывать структуры мозга и процессы, связанные с восприятием, мышлением и движениями. Разрешение ФМРТ на данный момент 2—3 мм, ограниченное кровоснабжением, влияющим на нейрональную активность. Она существенно заменяет ПЭТ при исследовании типов активации головного мозга. ПЭТ, однако, одерживает значительное преимущество, будучи в состоянии идентифицировать специфические клеточные рецепторы или (моноаминовые трансмиттеры (англ.)русск.) связанные с нейромедиаторами, благодаря визуализации меченных радиоактивно рецепторных «лигандов» (рецепторный лиганд — химическое вещество, связанное с рецептором).

ФМРТ используют как для  медицинских исследований, так и (всё шире) в диагностических целях. Так как ФМРТ исключительно чувствительна  к изменениям кровообращения, она  очень хорошо диагностирует ишемию, как например при инсульте. Ранняя диагностика инсультов всё важнее в неврологии, так как медикаменты, растворяющие свернувшиеся сгустки крови можно использовать в первые несколько часов и при определённом типе инсульта, в то время как они могут быть опасными при дальнейшем использовании. ФМРТ в таких случаях дает возможность принять правильное решение.

ФМРТ можно использовать также для распознавания мыслей. В эксперименте с точностью 72%—90% ФМРТ смогла установить, какой набор  картинок смотрит испытуемый. Скоро, по мнению авторов исследований, благодаря  этой технологии можно будет установить, что именно видит перед собой  испытуемый. Эту технологию можно  будет использовать для визуализации снов, раннего предупреждения болезней головного мозга, создания интерфейсов для парализованных людей для общения с окружающим миром, маркетинговые рекламные программы и борьба с терроризмом и преступностью.

Магнитоэнцефалография

Магнитоэнцефалография (МЭГ) — нейровизуализационная технология, используемая для измерения магнитных полей, которую производит электрическая активность головного мозга посредством особо чувствительных устройств, таких как СКВИД. МЭГ использует непосредственное измерение электроактивности нейронов, более точное, чем например ФМРТ, с очень высоким разрешением во времени, но маленьким в пространстве. Преимущество измерения таких магнитных полей в том, что они не искажаются окружающей тканью, в отличие от электрических полей, измеряемых ЭЭГ.

Есть много способов применения МЭГ, включая помощь нейрохирургам  в локализации патологии, помощь исследователям в локализации функции  отделов мозга, исследования обратной связи нервной системы и другие.

Позитронно-эмиссионная томография

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) измеряет выброс радиоактивно меченных метаболически активных химических веществ, введённых в кровеносное русло. Информация обрабатывается компьютером в 2-х или 3-мерные изображения распределения этих химических веществ в головном мозге. Испускающие позитроны радиоизотопы производит циклотрон и химические вещества маркируют радиоактивными атомами. Радиоактивно меченное образование, именуемое радиоактивный индикатор, вводят путём инъекции в кровеносное русло и в конечном счёте оно достигает головного мозга. Сенсоры в ПЭТ-сканере замечают радиоактивность, когда радиоактивный индикатор накапливается в разных структурах головного мозга. Компьютер использует информацию, собранную от сенсоров для создание 2-х и 3-мерных разноцветных изображений в участках, где индикатор взаимодействует с мозгом. Особенно полезны обширные массивы лигандов для создания карты разных аспектов активности нейромедиаторов, для чего чаще всего используют ПЭТ-индикатор меченный формой глюкозы.

Самое большое преимущество ПЭТ в том, что разные радиоиндикаторы могут показывать кровообращение, оксигенацию и метаболизм глюкозы в тканях работающего мозга. Эти измерения отображают объём активности головного мозга в его разных участках и дают возможность больше изучить, как он работает. ПЭТ превосходит остальные методики, визуализирующие метаболизм в отношении разрешения и скорости (делает скан в течение 30 с). Улучшенная разрешающая способность дала возможность лучше изучить мозг, активированный определённым заданием. Главный недостаток ПЭТ заключается в том, что радиоактивность быстро распадается, это ограничивает мониторинг только коротких заданий. До того, как стала доступной ФМРТ, ПЭТ была главным методом функциональной (в противоположность структурной) методикой нейровизуализации и до сих пор продолжает делать большой вклад в неврологию.

ПЭТ также используют для  диагностики болезней головного  мозга, в первую очередь потому что опухоли головного мозга, инсульты и повреждающие нейроны заболевания, вызывающие деменцию очень нарушают метаболизм мозга, что ведёт к легко заметным изменениям на ПЭТ-сканах. ПЭТ, вероятно, наиболее полезна в ранних случаях определённых деменций (классический пример — болезнь Альцгеймера и болезнь Пика), где ранние нарушения особо диффузные и ведут к слишком маленьким различиям в объёме мозга и его макроскопической структуре, чтобы быть заметными на КТ или стандартной МРТ, которые не имеют возможности отличить их от обычной возрастной инволюции (атрофии), не вызывающей клинической деменции.

Однофотонная  эмиссионная компьютерная томография

Однофотонная эмиссионная  компьютерная томография (ОФЭКТ) похожа на ПЭТ и использует гамма-излучение, излучаемое радиоизотопами и гамма-камеру для записи информации на компьютер в виде 2-х или 3-мерных изображений активных участков мозга. ОФЭКТ нуждается в инъекции радиоактивного маркера, быстро поглощаемого мозгом, но не перераспределяемого. Его потребление составляет около 100% в течение 30—60 с, отображая кровоснабжение головного мозга во время инъекции. Эти свойства ОФЭКТ делают её особо подходящей при эпилепсии, что обычно сложно через движения пациента и различные типы судорог. ОФЭКТ осуществляет «моментальный снимок» кровоснабжения головного мозга так как сканы можно получить сразу после завершения судорог (в то время как маркер был введён во время судорог). Значительным ограничением ОФЭКТ является маленькое разрешение (до 1 см) сравнительно с МРТ.

Как ПЭТ, ОФЭКТ также можно  использовать для дифференциации процессов, ведущих к деменции. Её всё чаще для этого используют. Нейро-ПЭТ имеет недостаток, используя индикаторы с периодом полураспада 110 минут, таких как ФДГ. Их производит циклотрон и они дорогие, или даже недоступны, когда время для транспортировки превышает время полураспада. ОФЭКТ, однако, может использовать индикаторы с большим периодом полураспада, например, Технеций-99m. В результате, её можно использовать гораздо шире.